一种基于平面斜栅结构的高线性制造技术

本发明专利技术公开了一种基于平面斜栅结构的高线性

【技术实现步骤摘要】
一种基于平面斜栅结构的高线性GaN高电子迁移率晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种基于平面斜栅结构的高线性
GaN
高电子迁移率晶体管及其制备方法
。

技术介绍

[0002]随着移动通讯不断发展，其信号动态范围也在逐渐增大，这对电路中功率放大器的线性度提出了很高的要求，在传统的氮化镓平面晶体管中，器件的跨导随着栅压的增大而增大，然而在达到其峰值以后迅速下降，这导致器件在传输信号时产生显著的侧带
(side
‑
bands)
，造成高输出功率下器件增益迅速压缩，交调特性差，线性度低
。
在实际功率放大器应用中，会造成信号失真，以致传送出错误的信息
。
这使得制造具有高线性度的
GaN
基
HEMT
器件迫在眉睫
。
对于
GaN
基
HEMT
器件而言，在器件进行信号传输或处理的过程中，要求器件具有较好的线性特性，即输入信号与输出信号之间的关系尽可能的呈现线性关系，避免非线性失真的发生
。
在如通信系统
、
无线电频谱
、
雷达
、
测试测量等应用场景中，对器件的线性性能都提出了迫切的需求
。
[0003]近些年来，研究员们为解决
GaN
基
HEMT
器件的非线性问题，提出了许多有效的解决方案
。
传统的平面栅极由于在高的漏极电场下会产生峰值电场，高的峰值电场会使得沟道中的载流子提前达到速度饱和以及强的电子散射，从而导致载流子的迁移率及速度下降，使得电流增加变缓
。
与此同时，平面栅极器件的源电阻
Rs
在大电流下，随着电流的增大，
Rs
会呈现非线性增大，这也是导致平面栅极器件非线性的重要原因之一
。
为了解决平面栅结构器件的非线性问题，采用如下方案：
[0004]在平面器件上用干法刻蚀工艺刻蚀出纳米沟道，栅极金属蒸发后，使得纳米沟道的三面都被金属给包裹
。
这种三维栅结构很好地抑制了器件的源电阻
Rs
随着电流的增大而非线性增大的缺点，以及三维栅结构改变了栅源电容随着栅压的变化趋势，有效抑制了由于器件沟道载流子迁移率退化导致的漏极电流密度
Id
随着栅压
Vg
的线性增加而非线性增加的行为
。
这使得三维栅结构器件可以有效地提高器件的线性度，并且可以在一个器件上集成不同宽度的纳米沟道，利用多阈值耦合技术进一步地提高器件的线性度
。
但是纳米沟道的实现需要采用干法刻蚀工艺，这会向器件引入大量缺陷及刻蚀损伤，显著影响器件的最终性能
。
并且形成纳米沟道还会牺牲一定的沟道宽度，这使得器件最终的饱和电流也在变小
。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于平面斜栅结构的高线性
GaN
高电子迁移率晶体管及其制备方法
。
本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术实施例第一方面提供一种基于平面斜栅结构的高线性
GaN
高电子迁移率晶
体管，包括：自下而上依次设置的衬底
、
缓冲层
、
势垒层和钝化层；
[0007]所述势垒层的表面的两侧还设置有源极和漏极；
[0008]所述钝化层位于所述源极和所述漏极之间；
[0009]所述钝化层开设有贯穿所述钝化层的栅脚槽；
[0010]所述栅脚槽的两端分别贯穿所述钝化层的相对的两个外边沿；所述栅脚槽包括至少一个栅槽单元；
[0011]所述栅槽单元的两端分别与所述漏极之间的最小距离相等；所述栅槽单元的中部与所述漏极之间的最小距离大于所述栅槽单元的中部与所述源极之间的最大距离，且所述栅槽单元的中部与所述漏极之间的最小距离大于所述栅槽单元的端部与所述漏极之间的最大距离；
[0012]所述栅槽单元内设置有栅脚，所述栅脚上覆盖有栅帽
。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述栅槽单元，包括：第一子栅槽和第二子栅槽；
[0014]所述第一子栅槽和所述第二子栅槽为直线槽结构；
[0015]所述第一子栅槽的一端贯穿所述钝化层的一个外边沿，所述第一子栅槽的另一端与所述第二子栅槽的一端连接，所述第二子栅槽的另一端贯穿所述钝化层的另一个外边沿；
[0016]所述第一子栅槽和所述第二子栅槽的连接处的夹角小于
180
°
；所述第一子栅槽和所述第二子栅槽关于穿过所述连接处的横向轴线轴对称设置
。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述第一子栅槽的另一端朝向靠近所述源极的方向延伸
。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述栅槽单元为弧形槽结构，且关于穿过所述栅槽单元中心的横向轴线轴对称
。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述栅槽单元朝向所述源极凸出
。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述栅槽单元的数量为一个
。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述栅槽单元的数量为多个，且多个栅槽单元沿竖向方向依次连接
。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述衬底的材料为
SiC
；所述缓冲层的材料为
GaN HEMT
；所述势垒层的材料为
AlGaN
；所述钝化层的材料为
SiN。
[0023]本专利技术实施例第二方面提供一种基于平面斜栅结构的高线性
GaN
高电子迁移率晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0024]步骤一，在衬底上外延缓冲层，在所述缓冲层上外延势垒层；
[0025]步骤二，在所述势垒层的表面的两侧制备源极和漏极；
[0026]步骤三，在所述势垒层上制作有源区掩膜，之后采用干法刻蚀形成有源区；
[0027]步骤四，在所述源极和所述漏极之间的势垒层上制备钝化层；
[0028]步骤五，在所述钝化层上刻蚀形成贯穿所述钝化层的栅脚槽；其中，所述栅脚槽的两端分别贯穿所述钝化层的相对的两个外边沿；所述栅脚槽包括至少一个栅槽单元；
[0029]所述栅槽单元的两端分别与所述漏极之间的最小距离相等；所述栅槽单元的中部与所述漏极之间的最小距离大于所述栅槽单元的端部与所述漏极之间的最大距离；所述栅槽单元的中部与所述漏极之间的最小距离大于所述栅槽单元的中部与所述源极之间的最
大距离，且所述栅槽单元的中部与所述漏极之间的最小距离大于所述栅槽单元的端部与所述漏极之间的最大距离；
[0030]步骤六，在所述栅脚槽内和所述栅脚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于平面斜栅结构的高线性
GaN
高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：自下而上依次设置的衬底
(1)、
缓冲层
(2)、
势垒层
(3)
和钝化层
(6)
；所述势垒层
(3)
的表面的两侧还设置有源极
(4)
和漏极
(5)
；所述钝化层
(6)
位于所述源极
(4)
和所述漏极
(5)
之间；所述钝化层
(6)
开设有贯穿所述钝化层
(6)
的栅脚槽
(7)
；所述栅脚槽
(7)
的两端分别贯穿所述钝化层
(6)
的相对的两个外边沿；所述栅脚槽
(7)
包括至少一个栅槽单元
(70)
；所述栅槽单元
(70)
的两端分别与所述漏极
(5)
之间的最小距离相等；所述栅槽单元
(70)
的中部与所述漏极
(5)
之间的最小距离大于所述栅槽单元
(70)
的中部与所述源极
(4)
之间的最大距离，且所述栅槽单元
(70)
的中部与所述漏极
(5)
之间的最小距离大于所述栅槽单元
(70)
的端部与所述漏极
(5)
之间的最大距离；所述栅槽单元
(70)
内设置有栅脚，所述栅脚上覆盖有栅帽
(8)。2.
根据权利要求1所述的一种基于平面斜栅结构的高线性
GaN
高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述栅槽单元
(70)
，包括：第一子栅槽
(71)
和第二子栅槽
(72)
；所述第一子栅槽
(71)
和所述第二子栅槽
(72)
为直线槽结构；所述第一子栅槽
(71)
的一端贯穿所述钝化层
(6)
的一个外边沿，所述第一子栅槽
(71)
的另一端与所述第二子栅槽
(72)
的一端连接，所述第二子栅槽
(72)
的另一端贯穿所述钝化层
(6)
的另一个外边沿；所述第一子栅槽
(71)
和所述第二子栅槽
(72)
的连接处的夹角小于
180
°
；所述第一子栅槽
(71)
和所述第二子栅槽
(72)
关于穿过所述连接处的横向轴线轴对称设置
。3.
根据权利要求2所述的一种基于平面斜栅结构的高线性
GaN
高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述第一子栅槽
(71)
的另一端朝向靠近所述源极
(4)
的方向延伸
。4.
根据权利要求1所述的一种基于平面斜栅结构的高线性
GaN
高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述栅槽单元
(70)
为弧形槽结构，且关于穿过所述栅槽单元
(70)
中心的横向轴线轴对称
。5.
根据权利要求4所述的一种基于平面斜栅结构的高线性
GaN
高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述栅槽单元
(70)
朝向所述源极
(4)<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，刘加志，宓珉翰，祝杰杰，马晓华，雷文波，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：